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Study reveals how the brain overcomes its own limitations: Strategien für die Unsicherheit zu kompensieren helfen das Gehirn bei schwierigen mentalen Berechnungen gelingen

Stellen Sie versuchen, Ihren Namen zu schreiben, so dass es in einem Spiegel gelesen werden kann. Ihr Gehirn hat alle visuellen Informationen, die Sie brauchen, und du bist ein Profi in Ihrem eigenen Namen zu schreiben. Immer noch, Diese Aufgabe ist sehr schwierig für die meisten Menschen. Das ist, weil es das Gehirn erfordert eine mentale Transformation durchzuführen, dass es nicht vertraut ist mit: mit, was sie im Spiegel sieht genau die Hand zu führen, rückwärts zu schreiben.

A study by MIT neuroscientists sheds light on how the brain handles cognitive tasks, such as mirror writing, that involve complex mental transformations. Bild: MIT News

MIT neuroscientists have now discovered how the brain tries to compensate for its poor performance in tasks that require this kind of complicated transformation. As it also does in other types of situations where it has little confidence in its own judgments, the brain attempts to overcome its difficulties by relying on previous experiences.

“If you’re doing something that requires a harder mental transformation, and therefore creates more uncertainty and more variability, you rely on your prior beliefs and bias yourself toward what you know how to do well, in order to compensate for that variability,” says Mehrdad Jazayeri, the Robert A. Swanson Career Development Professor of Life Sciences, a member of MIT’s McGovern Institute for Brain Research, und der leitende Autor der Studie.

This strategy actually improves overall performance, the researchers report in their study, die erscheint im Oktober. 24 Ausgabe der Zeitschrift Nature Communications. Evan Remington, a McGovern Institute postdoc, „Wir freuen uns über diese Demonstration des 3-D-Drucks und darüber, wie schluckbare Technologien Menschen durch neuartige Geräte helfen können, die mobile Gesundheitsanwendungen ermöglichen, and technical assistant Tiffany Parks is also an author on the paper.

Noisy computations

Neuroscientists have known for many decades that the brain does not faithfully reproduce exactly what the eyes see or what the ears hear. Stattdessen, there is a great deal of “noise” — random fluctuations of electrical activity in the brain, which can come from uncertainty or ambiguity about what we are seeing or hearing. This uncertainty also comes into play in social interactions, as we try to interpret the motivations of other people, or when recalling memories of past events.

Previous research has revealed many strategies that help the brain to compensate for this uncertainty. Using a framework known as Bayesian integration, the brain combines multiple, potentially conflicting pieces of information and values them according to their reliability. Beispielsweise, if given information by two sources, we’ll rely more on the one that we believe to be more credible.

In other cases, such as making movements when we’re uncertain exactly how to proceed, the brain will rely on an average of its past experiences. Beispielsweise, when reaching for a light switch in a dark, unfamiliar room, we’ll move our hand toward a certain height and close to the doorframe, where past experience suggests a light switch might be located.

All of these strategies have been previously shown to work together to increase bias toward a particular outcome, which makes our overall performance better because it reduces variability, Jazayeri says.

Noise can also occur in the mental conversion of sensory information into a motor plan. In vielen Fällen, this is a straightforward task in which noise plays a minimal role — for example, reaching for a mug that you can see on your desk. jedoch, for other tasks, such as the mirror-writing exercise, this conversion is much more complicated.

“Your performance will be variable, and it’s not because you don’t know where your hand is, and it’s not because you don’t know where the image is,” Jazayeri says. “It involves an entirely different form of uncertainty, which has to do with processing information. The act of performing mental transformations of information clearly induces variability.”

That type of mental conversion is what the researchers set out to explore in the new study. Das zu tun, they asked subjects to perform three different tasks. For each one, they compared subjects’ performance in a version of the task where mapping sensory information to motor commands was easy, and a version where an extra mental transformation was required.

In einem Beispiel, the researchers first asked participants to draw a line the same length as a line they were shown, which was always between 5 und 10 Zentimeter. In the more difficult version, they were asked to draw a line 1.5 times longer than the original line.

The results from this set of experiments, as well as the other two tasks, zeigte, dass die schwer psychische Veränderungen in der Version erforderlich, Menschen verändert ihre Leistung die gleichen Strategien, die sie Lärm in der Sinneswahrnehmung zu überwinden nutzen und anderen Bereichen. Beispielsweise, in der Strichzeichnung Aufgabe, in denen hatten die Teilnehmer zum Zeichnen von Linien im Bereich von 7.5 zu 15 Zentimeter, abhängig von der Länge der ursprünglichen Zeile, sie neigten Linien zu ziehen, dass sie näher an der durchschnittlichen Länge aller Linien waren zuvor gezogen hatte. Dies machte ihre Antworten insgesamt weniger variabel und auch genauer.

„Diese Regression zum Mittelwert ist eine sehr häufige Strategie besser für die Herstellung von Leistung, wenn Unsicherheit besteht,” Jazayeri says.

Lärmminderung

Die neuen Erkenntnisse führten die Forscher zu der Hypothese, dass, wenn Leute bei einer Aufgabe sehr gut erhalten, die komplexe Berechnung erfordert, das Rauschen wird kleiner und weniger schädlich für die Gesamtleistung wird. Das ist, Menschen werden ihre Berechnungen mehr und stoppen vertrauen auf mittelt unter Berufung.

„Wie es wird leichter, unsere Vorhersage ist die Vorspannung weggeht, because that computation is no longer a noisy computation,” Jazayeri says. “You believe in the computation; you know the computation is working well.”

The researchers now plan to further study whether people’s biases decrease as they learn to perform a complicated task better. In the experiments they performed for the Nature Communications Studie, they found some preliminary evidence that trained musicians performed better in a task that involved producing time intervals of a specific duration.


Quelle: http://news.mit.ed, by Anne Trafton

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